ABOUT INFLUENCE OF HAND COOLING ON THE HEARTBEAT AND CHARACTERISTICS OF ALPHA-RHYTHM
- 作者: Dambegov R.R1, Makovlev S.P1, Zeynalov T.M1
-
隶属关系:
- S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense of the Russian Federation
- 期: 卷 2, 编号 S1 (2020)
- 页面: 54-58
- 栏目: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/RMMArep/article/view/43343
- DOI: https://doi.org/10.17816/rmmar43343
- ID: 43343
如何引用文章
全文:
详细
We have conducted a research of the influence of hand cooling on the temperature of intact hand and a research of characteristics of variational heart rate monitoring: pulse, parameters of bar chart of R-R intervals distribution, spectrograms and scattergrams, and parameters of EEG’s alpha-rhythm. Wehave registered the following parameters of R-R intervals distribution histogram: mode (Mo), mode amplitude (AMo), variational range (BP), pressure index (IN); spectrogram parameters: overall power of specter (TP), power of low frequency range ( LF) and high frequency range (HF), LF/HF ratio and sattergram cloud area (S). Time of cooling was 4 minutes and the temperature was from 1 0 to 4 C. We distinguished two groups of test subjects according to dynamics of intact hand temperature: some were stable when cooled, their 0 temperature of intact hand dropped no further than 0.4 C, saw no change or even rose, and others were unstable with their researched temperature dropping 0.50 C or more. We understood that heartbeat dynamics did not change in for both groups, however, we saw differences in heartbeat variability haracteristics We came to a result, that stable group has higher numbers of variational range, scattergram cloud area, higher numbers of overall power of specter and LF/HF ratio. Distribution of alpha-rhythm was characterized by significant asymmetry. As a result of cooling, values of researched objects changed in different directions: average values of BP, TP and S did not change drastically, while LF/HF ratio decreased, which shows an important role of central influences on the heartbeat and increase in parasympathetic influence activity under the cooling. The other - unstable - group had lower results of BP, TP, S and LF/HF ratio before the cooling, and after the influence BP, TP and S increased, while LF/HF ratio did not change. Distribution of alpha-rhythm was characterized by notable symmetry. We concluded that there are two patterns of peripheral thermoregulation under the cooling. Constriction of peripheral vessels helps to keep warmth and to centralize the bloodstream, but lowers the temperature of limbs, which is an adequate adaptation type during continuous low-temperature influence. Extension of peripheral vessels helps limbs to function normally, but increases the loss of warmth; this type of thermoregulation seems to be the most adequate when in need of doing short-term manipulation under cooling.
全文:
Освоение Крайнего Севера является стратегической задачей, поставленной перед Вооруженными Силами руководством страны. В связи с этим исследование воздействия низких температур на функ- циональное состояние военнослужащих является актуальной задачей. Приспособление к условиям Се- вера обеспечивается системными изменениями нейрогормональной регуляции и обмена веществ, где ведущее значение имеют повышение участия адренергических механизмов и изменение тиреоидного статуса организма [1, 5, 7]. Для состояния организма людей, проживающих в дискомфортных регионах Севера, характерно перенапряжение адаптационных механизмов и уменьшение функциональных возможностей организма к восстановлению нарушений гомеостаза, что обусловливает высокую забо- леваемость населения в этих регионах [4, 7]. Система кровообращения является одной из главных ми- шеней для реализации эффектов нейрогуморальной регуляции функций организма в рамках про- цесса адаптации. Вместе с тем, реактивность системы кровообращения на охлаждение является весьма вариабельным признаком, который обусловливает индивидуальные особенности функцио- нальных изменений при воздействиях холода на организм. Принято считать, что острое охлаждение организма по типу стресс-реакции вызывает активацию эн- докринной системы, в результате чего происходит запуск специфических регуляторных реакций, на- правленных на компенсацию охлаждения [7, 8]. Реакция на кратковременное охлаждение, как правило, заключается в повышении тонуса периферических артериальных сосудов и, в большей или меньшей степени, централизации кровотока. При этом происходит рефлекторное повышение артериального давления, частоты сердечных сокращений (ЧСС) и систолического объема крови. Считается, что холо- довая вазоконстрикция как основной механизм защиты от холода, ограничивающий теплопотери орга- низма, регулируется центральными механизмами [1, 4, 7]. Катехоламины и дефицит NO играют существенную роль в формировании холодовой гипертензии. Данные экспериментов invivo свидетельствуют в пользу участия α-адренорецепторов (АР) в механизме возникновения холодовой гипертензии. Холодовая акклиматизация способствует повышению плотности 3 1 2 β -АР и снижению количества β -АР и β -АР на сарколемме кардиомиоцитов. Экспериментальные дан- ные свидетельствуют о важной роли альдостерона и ангиотензина-II в развитии акклиматизационной гипертензии. Катехоламины, альдостерон и ангиотензин-II не принимают участия в холодовой гипер- трофии сердца. Отмечена важная рольэндотелиновых ЕТ α-рецепторов в формировании холодовой гипертрофии сердца и кардиофиброза. Тиреоидные гормоны играют существенную роль в развитии холодовой гипертензии и гипертрофии сердца [6]. Адаптация к холоду приводит к увеличению уровня Т3 и Т4 в крови человека и животных. Длительное холодовое воздействие может вызывать снижение концентрации общего и свободного Т3 в сыворотке крови человека за счет усиления клиренса этого гормона. Однако, эндогенные катехоламины при адаптации к холоду повышают активность α1-адренорецепторов. Трийодтиронин способствует увеличе- нию чувствительности бурого жира к адреналину, разобщению окислительного фосфорилирования и увеличениею теплопродукции, таким образом, симпатоадреналовая и тиреоидная системы действуют как синергисты в адаптации к холоду [8]. В работе В.Н. Ананьева проведен сравнительный количественный анализ адренореактивности сис- темного кровообращения на норадреналин и адреналин в ходе холодовой адаптации. Показано, что на все дозы прессорная реакция артериального давления была больше на адреналин, чем на норад- реналин. После 10 дней адаптации к холоду преобладала прессорная реактивность артерий над сис- темным давлением. На 30-й день адаптации к холоду, наоборот, преобладала прессорная реактив- ность к норадреналину системного давления над реактивностью периферических артерий [1]. Выявлено, что напряженность адаптации к холоду проявляется склонностью к вазоспастическим ре- акциям в виде усиленной холодиндуцированной вазоконстрикции (ХИВ), на основе которой формиру- ются так называемые холодассоциированные симптомы, включая феномен Рейно, холодовую астму, боли различных локализаций, расстройства чувствительности и др. [8]. В работе Л.И. Герасимовой [4] сообщается, что усиленная ХИВ отражает общую склонность сосудистой системы к реакциям вазос- пастического характера, которые возникают вследствие нарушенного расслабления гладкомышечных элементов сосудистой стенки в результате дисбаланса между вазоконстрикторами и вазодилататора- ми, однако для группы с усиленной ХИВ отмечены более высокие значения ЧСС во все периоды наблю- дения. При анализе спектральных характеристик вариабельности ритма сердца (ВРС) в группе с усиленной ХИВ отмечено более низкое значение общей мощности спектра (ТР), что, по данным некоторых авто- ров, отражает снижение адаптационных резервов организма [4]. Также выявлено уменьшение абсо- лютных значений всех компонентов спектра (VLF, LF, HF) и относительное увеличение LF компонента в структуре спектра. Учитывая неоднозначность интерпретации изменений спектральных характеристик ВРС, полученные результаты могут расцениваться как недостаток вагусных влияний и относительное преобладание барорецепторногорефлекса в регуляции ритма сердца [2]. Авторы приходят к заключе- нию, что высокая восприимчивость к холоду в форме гиперреактивности холодиндуцированных сосуди- стых реакций (усиленная ХИВ) сопровождается перестройкой вегетативной регуляции и функций сис- темы кровообращения, отражающей напряжение адаптационных систем и снижение резервных воз- можностей организма. Цель: исследовать воздействие охлаждения на динамику температуры кисти, ЧСС, показатели ва- риационной пульсометрии, спектрограммы и скаттерограммы, а также индекс альфа-ритма электро- энцефалограммы (ЭЭГ). Материалы и методы. В работе принимали участие 35 испытуемых, мужчины в возрасте 18-20 лет. Воздействие низкой температуры осуществлялось погружением кисти левой руки в емкость с водой 00температурой от 1 до 4 С на 4 минуты. Поверхностная температура тыльной стороны правой кисти ре- гистрировалась в исходном состоянии, а также через 30 сек. в течение нагрузки и в течение 4-х минут после нагрузки при помощи портативного термометра Meterk-50. В те же периоды регистрировалась ЧСС при помощи программы «Полиспектр». Исследовалась волновая структура ритма сердца мето- дом спектрального (частотного) анализа. Анализировались: суммарная спектральная мощность (TP, 00.015-0.4 Гц), абсолютные спектральные мощности высокочастотных (HF, 0.15-0.4 Гц) и низкочастотных (LF, .04-0.15 Гц) колебаний в принятых стандартных частотных диапазонах. Регистрировалась скаттеро- грамма - графическое изображение пар R-R интервалов (предыдущего и последующего) в двумерной координатной плоскости. Вычислялась площадьскаттерграммы по формуле площади эллипса (S). Ар- териальное давление (АД) измерялось в исходном состоянии и по окончании нагрузки. Использовалась вариационная пульсометрия по Р.М. Баевскому [2, 7]. Вычислялись: вариационный размах (ВР) - как разница между максимальным и минимальным значениями R-R интервала; амплиту- да моды (АМо) - число кардиоинтервалов (в %), соответствующих диапазону моды, отражающее меру мобилизирующего влияния симпатического отдела; индекс напряжения регуляторных систем [ИН, ИН=АМо/(2ВР×Мо)]. Регистрация ЭЭГ проводилась непосредственно пред началом охлаждения кисти, в течение всего периода охлаждения и в течение 5 мин. после охлаждения, использовалась программа «Нейрософт», г. Иваново по схеме 10-20. Результаты. В результате работы было установлено, что динамика температуры правой кисти имела существенные индивидуальные различия, что позволило разделить испытуемых на две группы. У испы- туемых первой группы (14 человек) температура кисти в конце 4-й мин. нагрузки снижалась незначи- 0тельно в диапазоне от 0,1 до 0,4 С; у двух испытуемых температура кисти не изменилась, а у четырех - 0увеличилась. Средняя величина снижения температуры составила 0,05 ± 0,1 С, что указывает на неодно- родность группы. После окончания нагрузки температура кисти стабилизировалась. У испытуемых вто- рой группы (21 человек) снижение температуры кисти наблюдалось в течение всего периода нагрузки, 0варьировало в диапазоне от 0,5 до 1,8 С; средняя величина снижения температуры в группе составила 01,08 ± 0,07 С. После окончания нагрузки температура, как правило, продолжала снижаться. Было установлено, что ряд параметров вариабельности ритма сердца (ВРС) также различалась у испытуемых выделенных групп. Наиболее значимые различия наблюдались по показателю вариацион- ного размаха (ВР) гистограммы распределения R-R интервалов. Исходное значение ВР составляло у испытуемых 1-ой группы 559 ± 95,5 мс. После холодовой нагрузки у половины испытуемых этот показа- тель увеличился, а другой половины - уменьшился; средняя величина ВР практически не изменилась и после холодовой нагрузки и составляла 503 ± 99,6 мс. У испытуемых, менее устойчивых к воздействию охлаждения (2-я группа), исходная величина ВР составляла 333 ± 46,8 мс, то есть значимо меньше, чем в 1-й группе (р≤0,5). В результате холодовой нагрузки этот показатель увеличился у всех испытуемых этой группы без исключения; средняя величина составляла 628 ± 68,4 мс; различия по сравнению с величиной ВР в исходном состоянии значимы, р≤0,01. Регистрация спектрограммы показала, что испытуемые выделенных групп значимо различались по показателю общей мощности спектра, ТР, отражающему, как принято считать, выраженность суммар- ных регулирующих влияний на сердечный ритм. Так, средняя величина ТР у испытуемых 1-й группы соста- 22вила 8151 ± 2107 мс /Гц, а у испытуемых 2-й группы - 3481 ± 805 мс /Гц. После холодовой нагрузки у ис- 2пытуемых 1-й группы величина ТП практически не изменилась, ТР=8636 ± 1263 мс /Гц, а у испытуемых 2-й группы увеличилась у всех без исключения и составила 8108 ± 991мс /Гц. При этом наблюдалось увели- 2чение мощности спектра как LF, так иHF. Баланс этих показателей изменился только у испытуемых 1-й группы. Отношение LF/HF у них уменьшилось: средняя величина в исходном состоянии составляла 2,02, а после нагрузки - 0,89. У испытуемых 2-й группы изменения были разнонаправленными - увеличение и уменьшение у разных лиц, в результате средние показатели не изменились (1,4 и 1,3, соответственно). Регистрация скаттерграммы также показала различие между выделенными группами: площадь об- 2лака в исходном состоянии у испытуемых 1-й группы составляла, в среднем, 163399 ± 66782 мс , а у ис- пытуемых 2-й группы - 45790 ± 5027 мс , (р≤0,05); после холодовой нагрузки, соответственно, 87845 ± 2216887 мс , и 160964 ± 66782 мс . То есть, вариабельность R-R интервалов в исходном состоянии была больше у испытуемых, устойчивых к охлаждению; после нагрузки она несколько уменьшилась. У испы- туемых 2-й группы наблюдалось увеличение вариабельности R-R интервалов при охлаждении. Анализ индекса альфа-ритма не выявил значительных различий у испытуемых обеих групп, однако, наблюдались значительные различия асимметрии альфа-ритма. В исходном состоянии при открытых глаза у испытуемых первой группы асимметрия индекса составляла, в среднем 33,3%, при закрывании глаз - 29,6%; на фоне нагрузки при открытых и закрытых глазах асимметрия уменьшалась. У испытуемых второй группы величина асимметрии в исходном состоянии при открытых глазах составляла, в среднем, 15,5%, а при закрытых газах - 18,2%; на фоне нагрузки асимметрия альфа-ритма увеличивалась только при открытых глазах, (29,8% и 17,5%, соответственно). При этом преобладание альфа-ритма в левом и правом полушарии было равновероятным. Выводы и обсуждение. Таким образом, результаты работы показали, чтоустойчивость к охлаждению, выражающаяся в стабилизации температуры кисти, связана с вариабельностью сердечного ритма. Данные, полученные с помощью методик, непосредственно иллюстрирующие вариабельность ритма - величины вариационного размаха и площади облака скаттерограммыоднозначно указывают, что ВСР в исходном состоянии выражена в большей степени у испытуемых, устойчивых к охлаждению кисти. В ре- зультате нагрузки она изменяется незначительно (по данным величины ВР гистограммы) или уменьшает- ся (по данным скаттерограммы). У испытуемых 2-й группы нагрузка вызывала увеличение вариабельно- сти сердечного ритма, что наблюдалось при использовании обеих методик. Испытуемые выделенных групп различались также по показателю общей мощности спектра и пока- зателя LF/HF, что согласуется с данными, приведенными выше [4]. Исходная величина ТР у испытуемых, устойчивых к охлаждению, была больше, чем у неустойчивых в среднем в 2.5 раза; при нагрузке она практически не изменялась. У неустойчивых испытуемых ТР значительно увеличивается при охлаждении; в результате величина ТР в результате нагрузки у испытуемых обеих групп не различалась. Принято счи- тать, что общая мощность спектра является отражением суммарных регулирующих влияний на сердце, опосредуемых симпатическим и парасимпатическим отделами ВНС. Большая величина показателя LF/HF в исходном состоянии и уменьшение егоу испытуемых 1-й группы после нагрузки указывает на относительное снижение активности симпатической НС. Вазоконстрикторный эффект принято связы- вать с увеличением активности симпатической нервной системы [1, 4, 6]. Считается, что в результате адаптации к холоду повышается чувствительность альфа-адренорецепторов кожи к адреналину, что приводит к снижению периферического кровотока и теплоотдачи [1]. Однако, есть данные о том, что адаптация к холоду связана не только со снижением, но и с увеличе- нием периферического кровотока и температуры тела. Высказываются разные мнения о физиологиче- ских механизмах компенсаторной вазодилатации, предохраняющей поверхностные и глубоко лежа- щие ткани от переохлаждения [1, 4, 7, 8]. Так, было показано, что в условиях местного действия холода происходит периодическое возникнове- ние так называемой «холодовой вазодилатации» (феномен, описанный Т. Liewis) латентный период, мощность и длительность которой изменяются под влиянием адаптации организма к холоду и гипоксии. Холодовая вазодилатация выражена в большей степени на ладонях, менее на ступнях и почти не выра- жена на других участках тела [3]. Согласно биохимической теории, в основе низкотемпературного воз- действия на клетку, как и при недостатке кислорода, лежит повышение концентрации ионов кальция в цитозоле, происходящее в результате недостатка энергии [9]. Установлено, что стимуляция оттока ионов кальция из цитозоля холодовых рецепторов приводит к восстановлению их импульсации [6]. Анализ полученных данных позволяет заключить, что группа испытуемых, устойчивых к холодовой про- бе, характеризуется большей выраженностью регулирующих влияний на сердечный ритм, что выража- ется, в частности, большей величиной вариабельности; при воздействии охлаждения увеличивается влия- ние парасимпатической НС. Полученные результаты указывают, на наш взгляд, на различные механизмы адаптации к охлаждению. По-видимому, вазоконстрикция периферических сосудов способствует сни- жению общей теплоотдачи организма, но ускоряет охлаждение конечностей; а вазодилатация связана с более длительным сохранением их функционального состояния.×
作者简介
R. Dambegov
S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense of the Russian FederationSt. Petersburg, Russia
S. Makovlev
S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense of the Russian FederationSt. Petersburg, Russia
T. Zeynalov
S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense of the Russian FederationSt. Petersburg, Russia
参考
- Ананьев, В.Н. Сравнительный анализ системного давления и регионарного кровообращения к норадреналину при адаптации к холоду / В.Н. Ананьев // Современные наукоемкие технологии. - 2011. - №6. - С.16-22.
- Баевский, Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных кардиологических систем (методические рекомендации) / Р.М. Баевский [и др.] // Вестник аритмологии. - 2001. - №24. - С.65-72.
- Бочаров, М.И. Терморегуляция организма при холодовом воздействии / М.И. Бочаров // Журнал медико-биологический исследований. - 2015. - №1.
- Герасимова, Л.И. Особенности вегетативной реакции у лиц с различной восприимчивостью к холоду / Л.И. Герасимова, А.А. Федосова // Физиология человека. - 2016. - Т.42. - №2. - С.127-133.
- Иванов, К.П. Основы энергетики организма: теоретические и практические аспекты / К.П. Иванов // Общая энергетика, теплообмен и терморегуляция. - Т.1. - Л.: Наука, 1990. - 307 с.
- Иванов, К.П. Возвращение к жизни после холодовой остановки дыхания физиологическими методами без отогревания тела / К.П. Иванов // Вестник РАМН. - 2014. - №7-8.
- Маслов, Л.Н. Влияние долговременной адаптации к холоду на состояние сердечно-сосудистой системы / Л.Н. Маслов, Е.А. Вычужанова // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 2013. - №10. - С.1113-1124.
- Маслов, Л.Н. Роль тиреоидной системы в адаптации к холоду / Л.Н. Маслов, Е.А. Вычужанова, А.С. Горбунов, С.Ю. Цибульников, И.Г. Халиулин, Е. Чауски // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 2014. - Т.10, №6. - С.670-683.
- Хочачка, П. Биохимическая адаптация / П. Хачачка, Дж. Сомеро. - М.: Мир, 1988.
补充文件
![](/img/style/loading.gif)